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GPS NMEA 协议

NMEA 是 National Marine Electronics Association 的缩写,是美国国家海洋电子协会的简称,现在是 GPS 导航设备统一的 RTCM 标准协议。NMEA-0183 协议是目前 GPS 接收机上使用最广泛的协议,大多数常见的 GPS 接收机、GPS 数据处理软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协议。

如果你使用过 GPS 传感器,那么可能对从串口中冒出了大量以 GPGGA、GPGSA、GPRMC 等开头的数据有印象,它们就是 NMEA-0183 协议数据。

$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77
$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54
$GPVTG,359.95,T,,M,15.15,N,28.0,K,A*04
$GPGGA,121253.000,3937.3090,N,11611.6057,E,1,06,1.2,44.6,M,-5.7,M,,0000*72
$GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,,,,,,,2.1,1.2,1.7*3D
$GPGSV,3,1,10,18,84,067,23,09,67,067,27,22,49,312,28,15,47,231,30*70
$GPGSV,3,2,10,21,32,199,23,14,25,272,24,05,21,140,32,26,14,070,20*7E
$GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D

在这些数据中,包含了位置、速度、时间等信息,通过解析这数据,就可以实时获取物体的位置信息,或者实现时间同步。

协议格式

NMEA 0183 通讯协议是以 ASCII 码为基础的,一般格式如下:

$aaaaa,df1,df2,....[CR][LF]

格式说明:

  • $ 为起始标志;
  • , 为域分隔符;
  • * 为校验和识别符,其后两位数为校验和,代表了 $* 之间所有字符的按位异或值(不包括这两个字符);
  • \r\n 为终止符(不可见),所有的语句必须以来结束,也就是 ASCII 字符的“回车”(十六进制的 0D)和“换行”(十六进制的 0A)。

NMEA-0183 协议定义的语句非常多,但是常用的或者说兼容性最广的语句只有 GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG、GPGLL 等。下面给出这些常用 NMEA 0183 语句的字段定义解释。

GPGSA

GPS DOP and Active Satellites(GSA)当前卫星信息

$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>

各字段描述如下:

  • <1> 模式 :M = 手动, A = 自动。
  • <2> 定位型式 1 = 未定位, 2 = 二维定位, 3 = 三维定位。
  • <3> PRN 数字:01 至 32 表天空使用中的卫星编号,最多可接收 12 颗卫星信息。
  • <4> PDOP 位置精度因子(0.5~99.9)
  • <5> HDOP 水平精度因子(0.5~99.9)
  • <6> VDOP 垂直精度因子(0.5~99.9)
  • <7> Checksum(检查位)

GPGSV

GPS Satellites in View(GSV)可见卫星信息

$GPGSV, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8>

各字段描述如下:

  • <1> GSV语句的总数
  • <2> 本句GSV的编号
  • <3> 可见卫星的总数,00 至 12。
  • <4> 卫星编号, 01 至 32。
  • <5> 卫星仰角, 00 至 90 度。
  • <6> 卫星方位角, 000 至 359 度。实际值。
  • <7> 讯号噪声比(C/No), 00 至 99 dB;无表未接收到讯号。
  • <8> Checksum(检查位)

注意:第 <4>,<5>,<6>,<7> 项个别卫星会重复出现,每行最多有四颗卫星。其余卫星信息会于次一行出现,若未使用,这些字段会空白。

GPGGA

Global Positioning System Fix Data(GGA)GPS定位信息

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh

各字段描述如下:

  • <1> UTC 时间,hhmmss(时分秒)格式
  • <2> 纬度 ddmm.mmmm(度分)格式(前面的 0 也将被传输)
  • <3> 纬度半球 N(北纬)或 S(南纬)
  • <4> 经度 dddmm.mmmm(度分)格式(前面的 0 也将被传输)
  • <5> 经度半球 E(东经)或 W(西经)
  • <6> GPS 状态:0=未定位,1=非差分定位,2=差分定位,6=正在估算
  • <7> 正在使用解算位置的卫星数量(00~12)(前面的 0 也将被传输)
  • <8> HDOP 水平精度因子(0.5~99.9)
  • <9> 海拔高度(-9999.9~99999.9)
  • <10> 地球椭球面相对大地水准面的高度
  • <11> 差分时间(从最近一次接收到差分信号开始的秒数,如果不是差分定位将为空)
  • <12> 差分站 ID 号 0000~1023(前面的 0 也将被传输,如果不是差分定位将为空)

GPRMC

Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data(RMC)推荐定位信息

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

各字段描述如下:

  • <1> UTC 时间,格式 hhmmss.ssss,代表时分秒.毫秒
  • <2> 定位状态,A=有效定位,V=无效定位
  • <3> 纬度 ddmm.mmmm(度分)格式(前面的 0 也将被传输)
  • <4> 纬度半球 N(北纬)或 S(南纬)
  • <5> 经度 dddmm.mmmm(度分)格式(前面的 0 也将被传输)
  • <6> 经度半球 E(东经)或 W(西经)
  • <7> 地面速率(000.0~999.9 节,前面的 0 也将被传输)
  • <8> 地面航向(方位角),等效于二维罗盘(000.0~359.9 度,以真北为参考基准,前面的 0 也将被传输)
  • <9> UTC 日期,DDMMYY(日月年)格式
  • <10> 磁偏角(000.0~180.0 度,前面的 0 也将被传输)
  • <11> 磁偏角方向,E(东)或 W(西)
  • <12> 模式指示(仅 NMEA0183 3.0 版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)
  • 最后两个字节是校验和

注意:

  • 如果字段 4 的值等于 N,则字段 3 的值等于 ddmm.mmmmmm
  • 如果字段 4 的值等于 S,则字段 3 的值等于 -ddmm.mmmmmm
  • 如果字段 6 的值等于 E,则字段 5 的值等于 ddmm.mmmmmm
  • 如果字段 6 的值等于 W,则字段 5 的值等于 -ddmm.mmmmmm
  • 十进制北纬度数 = dd + mm.mmmmmm/60
  • 十进制南纬度数 = -(dd + mm.mmmmmm/60)
  • 十进制东经度数 = ddd + mm.mmmmmm/60
  • 十进制西经度数 = -(ddd + mm.mmmmmm/60)

GPVTG

Track Made Good and Ground Speed(VTG)地面速度信息

$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

各字段描述如下:

  • <1> 以真北为参考基准的地面航向(000~359 度,前面的 0 也将被传输)
  • <2> 以磁北为参考基准的地面航向(000~359 度,前面的 0 也将被传输)
  • <3> 地面速率(000.0~999.9 节,前面的 0 也将被传输)
  • <4> 地面速率(0000.0~1851.8 公里/小时,前面的0也将被传输)
  • <5> 模式指示(仅 NMEA 0183 3.0 版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)
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